1.1液态金属成形理论基础讲解
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1.1 液态金属成形理论基础
1
概念和特点
概念
铸造：将液态金属浇入与零件形状、尺寸相适 应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得毛坯 或零件的工艺方法。
灰口铸铁齿轮箱
内燃机气缸
2
概念和特点
铸造工艺的优点
(1)适合复杂形状，特别是复杂内腔铸件成形；
(2)对材料适应性广，特别是低塑性材料； (3)尺寸、重量几乎不受限，工艺灵活； (4)原料广，近形近尺寸成形，省料省工，成本低。
5
概念和特点
液态成形（砂型铸造）工艺流程
型砂配制 工装准备 芯砂配制 造型 炉料准备 造芯 砂型干燥 合金熔炼 型芯干燥 合箱浇注 凝固冷却
落砂清理
铸件检验
成品入库
6
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
铸造性能
是否容易铸造出形状完整和性能优异的铸件，通 常用铸造性能指标来表示。 影响铸造性能的因素：
3
概念和特点
铸造工艺的缺点
(1)铸件力学性能特别是塑性与冲击性能低于塑 性成形件； (2)铸造工序多，难以精确控制，铸件质量不稳 定； (3)砂型铸造劳动条件差； (4)铸件大多为毛坯件。
4
概念和特点
铸造方法的分类
金属型铸造
砂型铸造 特种铸造
低压铸造
压力铸造 熔模铸造
离心铸造 陶瓷型铸造 实型铸造
4.铸件结构方面 模数（折算厚度） 模数大的铸件，由于与铸型的接触表面积相对较 小，热量散失比较缓慢，则充型能力较高；
铸件的壁越薄，模数越小，则越不容易被充满。
铸件的复杂程度：
铸件结构复杂，则型腔结构复杂，流动阻力大， 铸型的充填就困难。
18
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
结晶晶粒的形状对流动性的影响
在固定温度下结晶的三种Al－Cu合金：
中间化合物 AlCu（WCu—54％）
Al＋AlCu共晶（WCu—33％）
纯Al（WAl＝100％）
由于前两种合金形成球状及规则形状的晶粒，其流
动性就比形成树枝状晶粒的纯铝好。
合金元素
凡能形成低熔点化合物、降低合金液体粘度和 表面张力的元素，均能提高合金流动性，如P 元素； 凡能形成高熔点夹杂物的元素，都会降低合金 流动性。如S、Mn等。
13
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
合金的结晶特点
金属在结晶状态下流动
（a)纯金属 (b）结晶温度范围宽的合金
14
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
10
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
影响充型能力的因素
1、合金的流动性
合金的种类及结晶特点
合金结晶潜热和晶wenku.baidu.com形状
合金的物理性质
11
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
（1）合金种类 合金种类不同，流动性不同。 灰铸铁最好，铸钢最差。
12
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
22
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
3.浇注条件 ①浇注温度
浇注温度越高，保持液态的时间越长，充型能力越高。 液体金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越 高。压力铸造、离心铸造。 浇注系统越复杂，流动阻力越大，充型能力差。
②充型压力
③浇注系统
23
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
合金的流动性； 合金的收缩性； 合金的吸气性。
7
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
液态金属浇注入铸型后，液体利用自身的流 动性而充填铸型。充型能力：液体金属充满 型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的 能力。 充型能力的影响因素： 合金液体的流动性； 铸型性质； 浇注条件； 铸件结构。
20
液态合金的粘度对流动性的影响
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
总的来说，流动性好的合金在多数情况下其充 型能力都较强； 流动性差的合金其充型能力较差，但也可以通 过改善其它条件来提高充型能力（如提高熔炼 质量、浇注温度和浇注速度，改善铸型条件及 铸件结构等），以获得健全铸件。
21
铁碳合金的流动性
铸铁的流动性比铸钢好。 铸铁愈接近共晶成分，结晶温度区间愈小，流 动性愈好。
17
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
（2）合金结晶潜热和晶粒形状的影响
在合金的结晶过程中放出潜热愈多，则液态合金 保持时间就愈久，流动性就好。但是，结晶潜热 对流动性的良好作用是否能充分发挥，则取决于 合金的结晶特点。 对于纯金属和共晶成分的合金其结晶潜热提高流 动性的作用能够比较充分地发挥；而对于结晶温 度范围较宽的合金则影响不显著。
共晶合金的流动性
恒温下从表向内逐层凝固，凝固层内表面较光 滑，对未凝液体的流动阻力小，流动性好。
15
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力 固溶体合金的流动性
在一定温度范围内结晶，铸件截面上存在一定宽度 的液固共存糊状区，固液界面粗糙，液体流动阻力 大，流动性差。
16
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
8
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
流动性的概念与意义 指熔融合金自身的流动能力。 流动性好，充型能力强，易于获得尺寸准确、外 形完整和轮廓清晰的铸件。 流动性不好，充型能力差，铸件易产生浇不到、 冷隔、气孔和夹杂等缺陷。
9
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
用“螺旋形试样”长度来衡量. 在相同浇注条件下，浇出的试样越长，合金流 浇口杯 出气口 动性越好.
19
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力 （3）合金的物理性质对流动性的影响
合金的热导率λ，比热容C和密度ρ对流动性的影响
C、ρ较大，λ较小的合金，因其本身含有较多的热量，而 热量的散失又较慢，因此，流动性就好；反之，流动性就差。
合金的表面张力对流动性的影响
在相同条件下，一般合金表面张力大的，流动性差；相反， 则流动性就好。 液态合金的粘度与其化学成分、温度及夹杂物的含量和状态 等有关。一般粘度愈大，流动性就愈差，而粘度愈小流动性 就愈好。
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
2.铸型性质 铸型的蓄热系数 铸型的温度
蓄热系数是指当某一足够厚度 单一材料层一侧受到谐波热作 用时，表面温度将按统一周期 波动，通过表面的热流波幅与 表面温度波幅的比值。其值越 大，材料的热稳定性越好。即 蓄热系数小时，受热来的快， 凉时去也快。
铸型中的气体
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概念和特点
概念
铸造：将液态金属浇入与零件形状、尺寸相适 应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得毛坯 或零件的工艺方法。
灰口铸铁齿轮箱
内燃机气缸
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概念和特点
铸造工艺的优点
(1)适合复杂形状，特别是复杂内腔铸件成形；
(2)对材料适应性广，特别是低塑性材料； (3)尺寸、重量几乎不受限，工艺灵活； (4)原料广，近形近尺寸成形，省料省工，成本低。
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概念和特点
液态成形（砂型铸造）工艺流程
型砂配制 工装准备 芯砂配制 造型 炉料准备 造芯 砂型干燥 合金熔炼 型芯干燥 合箱浇注 凝固冷却
落砂清理
铸件检验
成品入库
6
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
铸造性能
是否容易铸造出形状完整和性能优异的铸件，通 常用铸造性能指标来表示。 影响铸造性能的因素：
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概念和特点
铸造工艺的缺点
(1)铸件力学性能特别是塑性与冲击性能低于塑 性成形件； (2)铸造工序多，难以精确控制，铸件质量不稳 定； (3)砂型铸造劳动条件差； (4)铸件大多为毛坯件。
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概念和特点
铸造方法的分类
金属型铸造
砂型铸造 特种铸造
低压铸造
压力铸造 熔模铸造
离心铸造 陶瓷型铸造 实型铸造
4.铸件结构方面 模数（折算厚度） 模数大的铸件，由于与铸型的接触表面积相对较 小，热量散失比较缓慢，则充型能力较高；
铸件的壁越薄，模数越小，则越不容易被充满。
铸件的复杂程度：
铸件结构复杂，则型腔结构复杂，流动阻力大， 铸型的充填就困难。
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
结晶晶粒的形状对流动性的影响
在固定温度下结晶的三种Al－Cu合金：
中间化合物 AlCu（WCu—54％）
Al＋AlCu共晶（WCu—33％）
纯Al（WAl＝100％）
由于前两种合金形成球状及规则形状的晶粒，其流
动性就比形成树枝状晶粒的纯铝好。
合金元素
凡能形成低熔点化合物、降低合金液体粘度和 表面张力的元素，均能提高合金流动性，如P 元素； 凡能形成高熔点夹杂物的元素，都会降低合金 流动性。如S、Mn等。
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
合金的结晶特点
金属在结晶状态下流动
（a)纯金属 (b）结晶温度范围宽的合金
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
影响充型能力的因素
1、合金的流动性
合金的种类及结晶特点
合金结晶潜热和晶wenku.baidu.com形状
合金的物理性质
11
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
（1）合金种类 合金种类不同，流动性不同。 灰铸铁最好，铸钢最差。
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
22
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
3.浇注条件 ①浇注温度
浇注温度越高，保持液态的时间越长，充型能力越高。 液体金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越 高。压力铸造、离心铸造。 浇注系统越复杂，流动阻力越大，充型能力差。
②充型压力
③浇注系统
23
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
合金的流动性； 合金的收缩性； 合金的吸气性。
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
液态金属浇注入铸型后，液体利用自身的流 动性而充填铸型。充型能力：液体金属充满 型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的 能力。 充型能力的影响因素： 合金液体的流动性； 铸型性质； 浇注条件； 铸件结构。
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液态合金的粘度对流动性的影响
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
总的来说，流动性好的合金在多数情况下其充 型能力都较强； 流动性差的合金其充型能力较差，但也可以通 过改善其它条件来提高充型能力（如提高熔炼 质量、浇注温度和浇注速度，改善铸型条件及 铸件结构等），以获得健全铸件。
21
铁碳合金的流动性
铸铁的流动性比铸钢好。 铸铁愈接近共晶成分，结晶温度区间愈小，流 动性愈好。
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
（2）合金结晶潜热和晶粒形状的影响
在合金的结晶过程中放出潜热愈多，则液态合金 保持时间就愈久，流动性就好。但是，结晶潜热 对流动性的良好作用是否能充分发挥，则取决于 合金的结晶特点。 对于纯金属和共晶成分的合金其结晶潜热提高流 动性的作用能够比较充分地发挥；而对于结晶温 度范围较宽的合金则影响不显著。
共晶合金的流动性
恒温下从表向内逐层凝固，凝固层内表面较光 滑，对未凝液体的流动阻力小，流动性好。
15
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力 固溶体合金的流动性
在一定温度范围内结晶，铸件截面上存在一定宽度 的液固共存糊状区，固液界面粗糙，液体流动阻力 大，流动性差。
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
流动性的概念与意义 指熔融合金自身的流动能力。 流动性好，充型能力强，易于获得尺寸准确、外 形完整和轮廓清晰的铸件。 流动性不好，充型能力差，铸件易产生浇不到、 冷隔、气孔和夹杂等缺陷。
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
用“螺旋形试样”长度来衡量. 在相同浇注条件下，浇出的试样越长，合金流 浇口杯 出气口 动性越好.
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1.1.1 液态金属的流动性和充型能力 （3）合金的物理性质对流动性的影响
合金的热导率λ，比热容C和密度ρ对流动性的影响
C、ρ较大，λ较小的合金，因其本身含有较多的热量，而 热量的散失又较慢，因此，流动性就好；反之，流动性就差。
合金的表面张力对流动性的影响
在相同条件下，一般合金表面张力大的，流动性差；相反， 则流动性就好。 液态合金的粘度与其化学成分、温度及夹杂物的含量和状态 等有关。一般粘度愈大，流动性就愈差，而粘度愈小流动性 就愈好。
1.1.1 液态金属的流动性和充型能力
2.铸型性质 铸型的蓄热系数 铸型的温度
蓄热系数是指当某一足够厚度 单一材料层一侧受到谐波热作 用时，表面温度将按统一周期 波动，通过表面的热流波幅与 表面温度波幅的比值。其值越 大，材料的热稳定性越好。即 蓄热系数小时，受热来的快， 凉时去也快。
铸型中的气体